Том 27 № 2 2025 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сундуков С.К., Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Фатюхин Д.С., Кольдюшов В.К. Сравнение методов ультразвуковой обработки поверхностей, полученных послойным синтезом, на примере сплава Ti6Al4V............. 6 Кейт Н., Кулкарни А.П., Дама Й.Б. Сравнительная оценка трения и износа альтернативных материалов, используемых для производства фрикционных композиционных материалов тормозных систем................................ 29 Наумов С.В., Панов Д.О., Соколовский В.С., Черниченко Р.С., Салищев Г.А., Белинин Д.С., Лукьянов В.В. Влияние режимов аргонодуговой сварки на структуру и свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb).............................................................................................................................................................................. 43 Джатти В.С., Сингараджан В., Сайятибрагим А., Джатти В.С., Кришнан М.Р., Джатти С.В. Улучшение характеристик электроэрозионной обработки сплавов NiTi, NiCu и BeCu с использованием многокритериального подхода на основе функции полезности........................................................................................................................... 57 Стельмаков В.А., Гимадеев М.Р., Никитенко А.В. Обеспечение точности формы отверстий, полученных при чистовой обработке методом растачивания............................................................................................................... 89 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Патил Н., Агарвал С., Кулкарни А.П., Сараф А., Ране М., Дама Й.Б. Экспериментальное исследование наноСОЖ на основе оксида графена при сверлении композиционного алюмоматричного материала, армированного частицами SiC, в условиях минимального количества смазочно-охлаждающей жидкости........................................ 103 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Никитенко А.В., Улисков М.В. Прогнозирование шероховатости поверхности при фрезеровании сфероцилиндрическим инструментом с использованием искусственной нейронной сети....................................................................................................................................................................................... 126 Осипович К.С., Сидоров Е.А., Чумаевский А.В., Никонов С.Н., Колубаев Е.А. Условия изготовления биметаллических образцов на основе железных и медных сплавов методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства.................................................................................................................................................. 142 Бабаев А.С., Савченко Н.Л., Козлов В.Н., Семёнов А.Р., Григорьев М.В. Работоспособность композиционной керамики Y-TZP-Al2O3 при сухом высокоскоростном точении термически упрочнённой стали марки 40Х........... 159 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Муратов К.Р., Мамадалиев Р.А. Морфологические изменения поверхности деформированной конструкционной стали в коррозионно-активной среде............................................................................................ 174 Черниченко Р.С., Панов Д.О., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние гетерогенной структуры, сформированной деформационно-термической обработкой, на механическое поведение аустенитной нержавеющей стали...................................................................................................................................... 189 Панов Д.О., Черниченко Р.С., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние холодной радиальной ковки на структуру, текстуру и механические свойства легкой аустенитной стали................................ 206 Дешпанде А., Кулкарни А.П., Анерао П., Дешпанде Л., Соматкар А. Комплексное численное и экспериментальное исследование трибологических характеристик композиционного материала на основе ПТФЭ.................. 219 Воронцов А.В., Панфилов А.О., Николаева А.В., Черемнов А.В., Княжев Е.О. Влияние ударной обработки на структуру и свойства никелевого сплава ЖС6У, полученного литьем и электронно-лучевым аддитивным производством............................................................................................................................................................................... 238 Мисоченко А.А. Мартенситные превращения в сплавах на основе TiNi в процессе прокатки с импульсным током..................................................................................................................................................................................... 255 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 270 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 279 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 03.06.2025. Выход в свет 16.06.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 35,0. Уч.-изд. л. 65,1. Изд. № 77. Заказ 150. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 2 2025 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 27 No. 2 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sundukov S.K., Nigmetzyanov R.I., Prikhodko V.M., Fatyukhin D.S., Koldyushov V.K. Comparison of ultrasonic surface treatment methods applied to additively manufactured Ti-6Al-4V alloy................................................................ 6 Kate N., Kulkarni A.P., Dama Y.B. A comparative evaluation of friction and wear in alternative materials for brake friction composites............................................................................................................................................................... 29 Naumov S.V., Panov D.O., Sokolovsky V.S., Chernichenko R.S., Salishchev G.A., Belinin D.S., Lukianov V.V. Microstructure and mechanical properties of Ti2AlNb-based alloy weld joints as a function of gas tungsten arc welding parameters............................................................................................................................................................................. 43 Jatti V.S., Singarajan V., SaiyathibrahimA., Jatti V.S., KrishnanM.R., Jatti S.V. Enhancement of EDM performance for NiTi, NiCu, and BeCu alloys using a multi-criteria approach based on utility function................................................ 57 Stelmakov V.A., Gimadeev M.R., Nikitenko A.V. Ensuring hole shape accuracy in fi nish machining using boring...... 89 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Patil N., Agarwal S., Kulkarni A.P., Saraf A., Rane M., Dama Y.B. Experimental investigation of graphene oxide-based nano cutting fl uid in drilling of aluminum matrix composite reinforced with SiC particles under nano-MQL conditions............................................................................................................................................................................. 103 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Nikitenko A.V., Uliskov M.V. Prediction of surface roughness in milling with a ball end tool using an artifi cial neural network................................................................................................................. 126 Osipovich K.O., Sidorov E.A., Chumaevskii A.V., Nikonov S.N., Kolubaev E.A. Manufacturing conditions of bimetallic samples based on iron and copper alloys by wire-feed electron beam additive manufacturing......................... 142 Babaev A.S., Savchenko N.L., Kozlov V.N., Semenov A.R., Grigoriev M.V. Performance of Y-TZP-Al2O3 composite ceramics in dry high-speed turning of thermally hardened steel 0.4 C-Cr (AISI 5135)...................................................... 159 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Muratov K.R., Mamadaliev R.A. Morphological changes of deformed structural steel surface in corrosive environment......................................................................................................................................................... 174 Chernichenko R.S., Panov D.O., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of heterogeneous structure on mechanical behavior of austenitic stainless steel subjected to novel thermomechanical processing............................................................................................................................................................................. 189 Panov D.O., Chernichenko R.S., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of cold radial forging on structure, texture and mechanical properties of lightweight austenitic steel................................................ 206 Deshpande A., Kulkarni A.P., Anerao P., Deshpande L., Somatkar A. Integrated numerical and experimental investigation of tribological performance of PTFE based composite material.................................................................... 219 Vorontsov A.V., Panfi lov A.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.V., Knyazhev E.O. Eff ect of impact processing on the structure and properties of nickel alloy ZhS6U produced by casting and electron beam additive manufacturing........ 238 Misochenko A.A. Martensitic transformations in TiNi-based alloys during rolling with pulsed current........................... 255 EDITORIALMATERIALS 270 FOUNDERS MATERIALS 279 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 43 ТЕХНОЛОГИЯ Влияние режимов аргонодуговой сварки на структуру и свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb) Станислав Наумов 1, a,*, Дмитрий Панов 1, b, Виталий Соколовский 1, c, Руслан Черниченко 1, d, Геннадий Салищев 1, e, Дмитрий Белинин 2, f, Василий Лукьянов 3, g 1 Белгородский государственный национальный исследовательский университет, ул. Победы, 85, г. Белгород, 308015, Россия 2 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский пр-т, 29, г. Пермь, 614990, Россия 3 НПА «Технопарк АТ», ул. Трамвайная, 5, корп. 1, г. Уфа, 450027, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4084-8861, NaumovStanislav@yandex.ru; b https://orcid.org/0000-0002-8971-1268, dimmak-panov@mail.ru; c https://orcid.org/0000-0001-5607-2765, sokolovskiy@bsuedu.ru; d https://orcid.org/0000-0002-8619-0700, rus.chernichenko@mail.ru; e https://orcid.org/0000-0002-0815-3525, salishchev_g@bsuedu.ru; f https://orcid.org/0000-0001-5462-0908, 5ly87@mail.ru; g https://orcid.org/0009-0006-3621-3966, lukianovv@bk.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 2 с. 43–56 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-43-56 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Титановые сплавы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, а именно в ракетостроении, машиностроении, медицине и других сферах деятельности, благодаря низкой плотности, высокой прочности, устойчивости к коррозии, высокой технологичности и другим полезным свойствам [1–4]. ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.791.754.6, 620.172/.178.2 История статьи: Поступила: 12 февраля 2025 Рецензирование: 01 марта 2025 Принята к печати: 21 марта 2025 Доступно онлайн: 15 июня 2025 Ключевые слова: Аргонодуговая сварка Ti2AlNb Сплав ВТИ-4 Растровая электронная микроскопия Механические свойства Финансирование Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (Соглашение № 19-79-30066) с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Технологии и Материалы НИУ “БелГУ”». АННОТАЦИЯ Введение. Аргонодуговая сварка (TIG-сварка) из-за своей доступности и технологической простоты является перспективным методом для формирования неразъемных соединений из сплавов на основе Ti2AlNb, в том числе сплава ВТИ-4, в условиях авиакосмической промышленности. Однако для сплава ВТИ-4 существуют ограничения применения данного вида сварки из-за образования в сварном шве грубозернистой структуры, которая приводит к низкому уровню механических свойств. Цель работы. Изучение влияния режимов аргонодуговой сварки (на постоянных токах и с применением низко- и высокочастотного импульса) на микроструктуру и прочностные свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4. Методы исследования. TIG-сварка пластин осуществлялась в диапазоне сварочных токов 80…150 А с применением низко- и высокочастотного импульса (> 100 Гц). Методами растровой электронной микроскопии изучено строение сварных швов. Оценка прочностных свойств проводилась при одноосном растяжении сварных соединений. Результаты и обсуждение. Изучено строение сварных швов, которое имеет структуру в виде вытянутых крупных дендритов в центральной части и области валика сварного шва и глобулярных β-зерен в корневой части зоны плавления. Механические испытания сварных соединений показали уровень прочности ≈ 90 % от основного металла при импульсном режиме (σB = 1100 МПа, δ = 1,1 %, 335…390 HV0,2) и не ниже 80 % при режимах на постоянном токе. Такой уровень прочностных свойств сварных соединений достигается благодаря сварке с использованием высокочастотного импульса, где максимальная длина и ширина дендритов в сварном шве составляет 1,06 мм и 0,33 мм соответственно, а средний размер глобулярных зерен в нижней части сварного шва составляет ≈ 130 мкм, что меньше, чем при тех же параметрах на постоянном токе. Для цитирования: Влияние режимов аргонодуговой сварки на структуру и свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb) / С.В. Наумов, Д.О. Панов, В.С. Соколовский, Р.С. Черниченко, Г.А. Салищев, Д.С. Белинин, В.В. Лукьянов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 43–56. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-43-56. ______ *Адрес для переписки Наумов Станислав Валентинович, к.т.н., Белгородский государственный национальный исследовательский университет, ул. Победы, 85, 308015, г. Белгород, Россия Тел.: +7 912 580-55-68, e-mail: NaumovStanislav@yandex.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 44 ТЕХНОЛОГИЯ В то же время из-за стойкости к ползучести и окислению до 500…550 °С ограничено высокотемпературное применение титановых сплавов [5]. Решением проблемы эксплуатации при высоких температурах могут стать интерметаллические соединения и сплавы [6]. К таким перспективным материалам относятся сплавы на основе орторомбического интерметаллида титана (орто-сплавы Ti2AlNb). Сплавы на основе Ti2AlNb обладают низкой плотностью (5,1…5,4 г/см3), высокими удельной прочностью, стойкостью к окислению и сопротивлению ползучести [7–10]. Однако в связи со сложностями при сварке практическое применение этих сплавов осложнено, что является одним из наиболее существенных ограничивающих факторов [11]. Прежде всего это связано с возникновением мощных упругих напряжений из-за каскада фазовых превращений в зонах плавления и термического влияния в процессе сварки из-за низкой теплопроводности (6,2 Вт/(м · К) [10]) и малой пластичности сплавов на основе Ti2AlNb. Поэтому, варьируя режимы сварки для управления тепловложениями, необходимо обеспечить формирование оптимальной структуры сварного шва и создать условия замедленного охлаждения металла шва с целью предотвращения образования трещин [12–14]. Для решения указанных проблем применяются различные специальные методы сварки с дополнительными технологическими приемами, такими как нагрев заготовок перед сваркой и в ее процессе (предварительный и сопутствующий подогрев), а для улучшения механических свойств используется термическая обработка [15–18]. Несмотря на большое разнообразие методов, приемов и операций, при сварке титановых сплавов наиболее перспективной для промышленного применения остается TIG-сварка, что определяется формированием бездефектных сварных швов и ее широкой доступностью. Однако образование грубозернистой структуры и широкого шва ограничивают ее использование из-за обеспечения низкого уровня механических свойств, а именно предела прочности и относительного удлинения сварных соединений [19, 20]. В настоящее время благодаря накопленному мировому опыту в области TIG-сварки титановых сплавов можно повысить уровень механических свойств сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb) за счет применения TIG-сварки на форсированных постоянных токах и с использованием низко- и высокочастотного импульса. Это позволит регулировать мощность пятна нагрева и, следовательно, тепловложения в изделие, создавая условия для предотвращения роста дендритной структуры в металле шва [21]. Поэтому целью настоящего исследования является изучение влияния условий TIG-сварки на микроструктуру и уровень механических свойств сварных соединений из сплава на основе орторомбического интерметаллида титана Ti2AlNb (марки ВТИ-4). В работе предложено достигать поставленной цели в несколько этапов. Первая задача заключается в подборе условий TIG-сварки на постоянных токах и с применением низко- и высокочастотного импульса для получения бездефектных сварных соединений, последующие задачи заключаются в оценке микроструктуры, микротвердости и уровня прочностных свойств сварных соединений из сплава ВТИ-4 по сравнению с исходными свойствами материала. Методика исследований В работе использовали исходную заготовку из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb), химический состав которой представлен в табл. 1. Заготовка из сплава ВТИ-4 в состоянии поставки, а именно горячекованая шайба, обладает следующими свойствами: σB = 1230 МПа, σ0,2 = 1190 МПа, δ = 3,5 %, HV0,2 = 400 ± 10. Микроструктура исходной заготовки (рис. 1) представляет собой вытянутые перпендикулярно направлению ковки крупные β-зерна размером 300 ± 50 мкм. Кроме этого, по границам β-зерен располагается глобулярная α2-фаза (Ti3Al) размером 10 ± 5 мкм. Обнаружено также, что по всему объему исследуемого материала равномерно распределены частицы игольчатой О-фазы (Ti2AlNb) длиной 8 ± 3 мкм и толщиной 1…3 мкм. TIG-сварка проводилась на оборудовании INVERTEC V405-T pulse (Lincoln Electric, США) с использованием сварочной горелки WP-9 fl ex (Start, Россия) и электродов WT-20 (Start, Россия). В качестве защитного газа применялся аргон марки 5.0. Газовая защита осуществлялась при помощи газовой линзы диаметром 12 мм в месте сварки и дополнительного подду-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 45 TECHNOLOGY ва в корень шва с помощью газовой подушки (рис. 2, а). Расход защитного газа составлял 12 л/мин, расход газа на поддув – 2 л/мин. Свариваемые заготовки для TIG-сварки (25×15×2 мм) вырезались из поковки на электроэрозионных станках VL400Q и VL600Q (Sodick, Китай). Поверхность заготовок перед TIG-сваркой обрабатывалась наждачной бумагой: стыкуемые поверхности FEPA Р1000 (18 мкм, ГОСТ М20), а остальные поверхности FEPA Р220 (68 мкм, ГОСТ 6). Сварка образцов в виде пластин толщиной 2 мм осуществлялась в стык своим телом. Сварка производилась на форсированных режимах. В ходе исследований также применялась сварка с помощью низко- и высокочастотного импульса (табл. 2). Особенностью аргонодуговой сварки с применением низко- и высокочастотного импульса является то, что происходит наложение дополнительных импульсов с заданной амплитудой на действующий постоянный сварочный ток, при этом образуются пики энергии, которые превышают фоновый Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав сплава ВТИ-4 Chemical composition of Ti–Al–Nb–(Zr, Mo)–Si alloy Элемент / Element Al Nb V Zr Mo Si Ti Ат. % / at. % 23,0 23,0 1,4 0,8 0,4 0,4 Основа / Base Рис. 1. Исходная микроструктура сплава ВТИ-4 Fig. 1. Initial microstructure of the Ti–Al–Nb– (Zr, Mo)–Si alloy ток. В то же время формирование швов происходит последовательно капельным способом, что исключает разбрызгивание металла и позволяет получать тонкостенные сварные соединения без образования прожогов. Зажигание дуги осуществляли на краю свариваемых образцов вследствие отсутствия выводных планок. Диапазон сварочных токов составлял 80…150 А. Образцы для испытаний на одноосное растяжение, микроструктурных исследований и микротвердости подвергались обработке абразивным материалом на основе карбида кремния FEPA Р 220–2000 (Struers, Дания) на шлифовально-полировальном оборудовании (Chennai Metco BAINPOL, Индия). Операция полировки осуществлялась на полировальном круге диаметром 200 мм из ткани MD-Nap фирмы Struers с применением суспензии O.P.S (MetCata, Германия) или OP-S (Struers, Дания) 0,05 мкм. С целью определения механических свойств сварных соединений из сплава ВТИ-4 были проведены испытания на одноосное растяжение с использованием универсальной испытательной машины 5882 (Instron, США). Температура испытаний соответствовала комнатной. Скорость деформации при испытаниях на растяжение была принята 10–4 с–1. Форма и размеры образцов на одноосное растяжение представлены на рис. 2. Дюраметрические исследования материала проводили в поперечном сечении сварных соединений с использованием микротвердомера 402MVD (Instron, Нидерланды), оснащенного алмазным индентором. Нагрузка на индентор соответствовала 200 г, время выдержки – 10 сек. При этом расстояние между измерениями соответствовало 100 мкм. Измерение проводилось вдоль одной дорожки по центру образца, т. е. на глубине 1 мм, как показано на рис. 2, в. Методами растровой электронной микроскопии (BSE- и EBSD-исследования) осуществля-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 46 ТЕХНОЛОГИЯ a б в Рис. 2. Внешний вид приспособления для аргонодуговой сварки (а), образцы для проведения механических испытаний (б) и исследования микротвердости (в) сварных соединений из сплава ВТИ-4 Fig. 2. GTAW welding fi xture (а), specimens for mechanical testing (б) and microhardness testing specimens (в) of the welded joint of Ti–Al–Nb–(Zr, Mo)–Si alloy лась оценка микроструктуры, а именно оценка наличия внутренних дефектов (пор, трещин, непроваров), идентификация фаз и геометрических размеров элементов микроструктуры в металле шва и зоне термического влияния (ЗТВ). BSE- и EBSD-анализ проводили на оборудовании Q600 3D (FEI, Чехия) с использованием программного обеспечения TSL OIM Analysis 9 при шаге сканирования 3 мкм и ускоряющем напряжении 30 кВ. Результаты и их обсуждение Опытным путем были подобраны режимы TIG-сварки, представленные в табл. 2, а на рис. 3 показаны внешние виды сварных соединений пластин из сплава ВТИ-4. Стоит отметить, что границы частот импульсов сварочного тока выбраны исходя из наличия и особенностей регулировок на источнике питания Lincoln INVERTEC V405-T pulse. После сварки на выбранных режимах внешний вид сварных соединений не имел какихлибо наружных дефектов в виде трещин, пор и цветов побежалости. Наличие дефектов в начале и конце сварных швов объясняется отсутствием выводных планок (рис. 3). На токах 80…85 А (режим № 1) наблюдается мелкая чешуйчатость сварного шва. В корне сварного шва обнаружен локальный непровар, который возможно устранить более равномерной скоростью сварки. На форсированных режимах при Iсв = 150…155 А (режим № 2) формируется прожог пластин, а также локально жидкий металл скапливался под силой поверхностного натяжения и образовывался каплевидный сварной шов. Таким образом, на части пластины появлялся прожог, а на другой части пластины – широкий сварной шов. Данный режим не подходит для TIG-сварки пластин из сплава ВТИ-4 толщиной 2 мм. На повышенных токах 110…115 А (режим № 3) дефекты не образуются, обеспечивается равномерный сварной мелкочешуйчатый шов с полным проваром пластин (рис. 3, б). Однако ширина шва (режим № 3) по сравнению с режимом № 1 в 1,5 раза шире, а оплавление кромок по краям пластин более интенсивное. В среднем ширина швов, полученных на постоянном токе, составляет 5…8 мм. При аргонодуговой сварке с низкочастотным импульсом 2 Гц на токах 80…85 А (режим № 4) формируется грубая чешуйчатость поверхности сварного шва под динамическим воздействием импульсного тока (рис. 3, в). Поскольку воздействие импульсного тока позволяет уменьшить скорость сварки, это способствует более интенсивному проплавлению корня шва на тех же значениях тока, что и при режиме № 1. Сварные соединения, полученные при режимах № 5 и 6, выполнялись с использованием высокочастотного импульса более 100 Гц. Данные режимы обеспечивают мелкую чешуйчатость поверхности сварного шва, однако при увеличении тока до 110…115 А происходит оплавление кромок пластин. Ширина швов, полученных на импульсных токах, составляет 5…7 мм. Уменьшение ширины сварного шва можно объяснить влиянием сва-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 47 TECHNOLOGY Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Режимы TIG-сварки пластин из сплава ВТИ-4 Modes of GTAW for Ti–Al–Nb–(Zr, Mo)–Si alloy plates № / No. Ток, A / Current, A Частота импульсов, Гц / Pulse frequency, Hz Защитный газ, л/мин / Shielding gas, L/min Поддув, л/мин / Blowing L/min Примечания / Comments 1 80…85 – 12 2 Локальный непровар / Local lack of fusion 2 150…155 – 12 2 Прожог / Burn-through 3 110…115 – 12 2 – 4 80…85 2 12 2 Грубая чешуйчатость / Coarse scaling 5 80…85 > 100 12 2 Мелкая чешуйчатость / Fine scaling 6 110…115 > 100 15 2 Мелкая чешуйчатость / Fine scaling а б в г д Рис. 3. Внешний вид сварных соединений из сплава ВТИ-4, полученных TIG-сваркой при следующих условиях: а – на постоянном токе № 1; б – на постоянном токе № 3; в – низкочастотный импульс (режим № 4); г – высокочастотный импульс (режим № 5); д – высокочастотный импульс (режим № 6) Fig. 3. Appearance of Ti–Al–Nb–(Zr, Mo)–Si alloy weld joints produced by GTAW under: а – direct current (mode No.1); б – direct current (mode No.3); в – low-frequency pulse (mode No.4); г – high-frequency pulse (mode No.5); д – high-frequency pulse (mode No.6) рочного тока, а именно тем, что воздействие импульсного тока уменьшает среднюю мощность в пятне нагрева [22]. Типичная морфология поперечного сечения сварного шва представлена на рис. 4 с указанием места съемки при BSE- и EBSD-исследованиях. В верхней части сварного шва образуется широкая зона плавления (ЗП) металла вследствие воздействия электрической дуги [23]. Металл шва состоит полностью из β-зерен (рис. 4, б). Интенсивный нагрев металла шва, вызванный воздействием электрической дуги, и, как следствие, широкий шов (5…8 мм) приводят к образованию также широкой зоны термического влияния (ЗТВ). В зависимости от фазового состава ЗТВ можно разделить на ЗТВ1, которая состоит из
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1